gov-civil-vilareal.ptWinzig, aber mächtig: Astronomen finden den kleinsten, aber massereichsten Weißen Zwerg, der je gesehen wurde
>Astronomen haben einen winzigen, aber mächtigen toten Stern gefunden, ein weißer Zwerg, der sowohl der kleinste als auch der massivste ist, der je gesehen wurde . Es dreht sich auch schnell, packt ein gewaltiges Magnetfeld und könnte schließlich zu einem noch kleineren und dichteren Neutronenstern kollabieren.
Im Ernst, dieses seltsame kleine Ding hat es in sich.
Ein weißer Zwerg ist das, was übrig bleibt, wenn ein Stern wie die Sonne stirbt . Im Moment verschmilzt die Sonne glücklich Wasserstoff in ihrem Kern zu Helium und versorgt sie mit der Energie, die wir erhalten, sowie mit dem Druck, den sie braucht, um die etwa Oktillionen Material in ihren äußeren Schichten zu unterstützen, die auf den Kern drücken.
Wenn dieser Wasserstoff als Treibstoff ausgeht, kommt es zu einer komplizierten Reihe von Ereignissen. Einige Schritte auf dem Weg sind, dass der jetzt nur aus Helium bestehende Kern zu Kohlenstoff und Sauerstoff zu verschmelzen beginnt, während die äußeren Schichten anschwellen und in einem dichten Partikelwind weggeblasen werden. Schließlich wird der Kern dem Raum ausgesetzt. Heiß und superdicht nennen wir dieses Objekt a weißer Zwerg . Einmal gebildet, sitzt es im Allgemeinen nur so im Raum und kühlt mit der Zeit langsam ab.
das leben, wie wir es kannten
Hubble-Bild eines der sonnennächsten Doppelsterne: Sirius A (Mitte) und sein weißer Zwerg-Begleiter B (unten links); A ist ungefähr 10.000 mal heller. Kredit: NASA, ESA, H. Bond (STScI) und M. Barstow (Universität Leicester)
Ein typischer Weißer Zwerg hat ungefähr die Hälfte der Masse der Sonne, aber diese Materie wird durch seine eigene Schwerkraft zu einer dichten Kugel zusammengedrückt, die nur etwa die Größe der Erde hat. Es ist dicht. So dicht, dass die Quantenmechanik ihren skurrilen Kopf erhebt: Sie wird gehalten von dem, was man . nennt Elektronenentartungsdruck , ein seltsamer Aggregatzustand, in dem sich Elektronen mit ungeheurer Inbrunst gegenseitig abstoßen, viel stärker als die übliche Art, wie sich Ladungen abstoßen. Dieser Druck ist es, der den Weißen Zwerg gegen seine eigene lächerlich starke Schwerkraft hält.
Aber es bedeutet auch, dass, wenn man einem Weißen Zwerg Masse hinzufügt, es kleiner . Normalerweise wird es größer, wenn Sie etwas Masse hinzufügen (denken Sie an zwei Tonkugeln, die Sie zusammenstreichen). Aber beim Entartungsdruck passiert das Gegenteil.
Und damit sind wir beim Weißen Zwerg ZTF J190132.9+145808.7.
Ein Astronomenteam fand es bei einer Himmelsvermessung mit der Zwicky Transient Facility (daher das ZTF im Namen), die nach Objekten sucht, die sich bewegen oder die Helligkeit ändern. Der Stern war ungewöhnlich: Er hatte eine seltsame Farbe für einen Weißen Zwerg, insbesondere eine, die mit Weißen Zwergen von ungewöhnlich hoher Masse verbunden war.
Sie folgten mit Beobachtungen ZTF J190132.9+145808.7 (nennen wir es kurz J1901) am 5-Meter-Teleskop am Palomar-Observatorium und fanden heraus, dass der Weiße Zwerg variabel war und seine Helligkeit schnell änderte. Und ich meine schnell: Auf einer Zeitskala von 6,94 Minuten wurde es heller und dunkler. Ja, Minuten. Dies zeigt seine Rotationsgeschwindigkeit an, die allein schon erstaunlich ist: Ein Objekt mit Tausenden von Kilometern Durchmesser dreht sich in weniger als 7 Minuten!
Gaia-Beobachtungen zeigten eine Entfernung von 134 Lichtjahren von der Erde, was ziemlich nahe ist, und auch, dass sie mit etwa 46.000 ° C heiß glüht – achtmal heißer als die Sonne. Mit all diesen Messungen konnten die Astronomen dann die Größe von J1901 ermitteln, und hier wird es wirklich seltsam: Er ist winzig, knapp 4.300 Kilometer breit, der kleinste weiße Zwerg, der je gesehen wurde.
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Kunstwerk, das den Weißen Zwerg ZTF J190132.9+145808.7 zeigt, den kleinsten, der je gefunden wurde, im Vergleich zum maßstabsgetreuen Mond. Bildnachweis: Giuseppe Parisi
Das ist ein Drittel der Größe der Erde, nur ein bisschen größer als der Mond! Klein, selbst für einen Weißen Zwerg. Insbesondere für einen. Denken Sie daran, dass mehr Masse einen kleineren Stern bedeutet, also muss dieser massiv sein. Tatsächlich berechnen sie, dass es ungefähr das 1,35-fache der Masse der Sonne ist.
Und hier wird es erstaunlich. Das macht ihn zum massivsten Weißen Zwerg, der bekannt ist, und in der Tat fast zum massivsten Weißen Zwerg kann jemals sein .
Wenn ein Weißer Zwerg die 1,44-fache Masse der Sonne erreicht, kann ihn selbst der Druck der Elektronenentartung nicht halten. Es kollabiert unter seiner eigenen Schwerkraft. An diesem Punkt es wird entweder ein noch dichterer und furchterregenderer Neutronenstern , oder es explodiert: Detoniert, zerreißt sich selbst und erzeugt eine Supernova.
J1901 ist dieser Grenze am nächsten.
Das Team denkt, dass J1901 als . begann zwei Sterne wie die Sonne in einer binären Umlaufbahn umeinander. Schließlich wurden sie beide zu roten Riesen, starben und hinterließen Leichen weißer Zwerge, jede mit etwa 2/3 der Masse der Sonne. Über Milliarden von Jahren drehten sie sich spiralförmig zusammen und verschmolzen (wahrscheinlich vor weniger als 100 Millionen Jahren angesichts der hohen Temperaturen) und bildeten diesen ultramassiven, aber weniger als explodierenden Weißen Zwerg.
Das erklärt auch einige andere Eigenschaften davon. Die schnelle Drehung ist sinnvoll, da zwei Objekte, die sich spiralförmig nähern, viel Drehimpuls haben, was bedeutet, dass sich das endgültige verschmolzene Objekt schnell drehen sollte – die meisten Weißen Zwerge haben eine Drehzeit von vielen Stunden, also ist dieses ziemlich schnell.
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Außerdem maßen sie für J1901 ein starkes Magnetfeld, das etwa eine Milliarde Mal die Magnetfeldstärke der Erde beträgt. Theoretische Modelle zeigen, dass die Verschmelzung zweier Weißer Zwerge einen enormen Magnetismus erzeugen kann, so dass auch das passt.
Sie stellen in ihrer Arbeit fest, dass mit zunehmendem Alter des Sterns eine Reihe von Kernreaktionen in seinem Kern dazu führen könnten, dass Isotope von Natrium und Magnesium Elektronen absorbieren. Die Sache ist, dass diese Elektronen benötigt werden, um den Stern zu unterstützen. Wenn die Elektronen absorbiert werden, schrumpft der Stern noch mehr. Wenn es zu stark schrumpft, könnte es genug Druck aufbauen, um zu kollabieren und sowieso ein Neutronenstern zu werden.
Es kann auch explodieren, abhängig von bestimmten Eigenschaften, die schwer zu bestimmen sind. In der gegenwärtigen Entfernung wäre das schlecht – Supernovae sind hochenergetisch – aber die gute Nachricht ist, selbst wenn dies geschieht (und es ist wahrscheinlich unwahrscheinlich), dass es Milliarden von Jahren nicht passieren würde, und in der Zwischenzeit wird die Bewegung von J1901 um die Galaxie trage es weit von uns.
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Diese Entdeckung ist aus vielen Gründen wichtig. 95% aller Sterne werden schließlich zu Weißen Zwergen, und die Hälfte davon befindet sich in Doppelsternsystemen, daher sollten wir damit rechnen, viele Weiße Zwerge ähnlich wie J1901 zu sehen. Auch die Nähe zu uns deutet darauf hin; Wenn sie selten wären, würde man erwarten, dass der nächste in der Galaxis Zehntausende von Lichtjahren entfernt ist, nicht direkt nebenan in 134 Lichtjahren Entfernung. Es ist also ein gutes Beispiel dafür, was ein gewöhnliches Objekt sein muss, von dem jedoch nur sehr wenige genau untersucht wurden. Einige andere kleine und massive Weiße Zwerge sind bekannt, aber J910 ist der Rekordhalter für die Größe.
Außerdem können binäre Weiße Zwerge Supernovae erzeugen, und diese wiederum sagen uns viel über das Verhalten des Universums als Ganzes aus, das ist also cool.
Ungefähr 400.000 Weiße Zwerge in unserer Galaxie wurden katalogisiert, aber es sollte es geben Milliarden mehr. Seltsame sind bei einer so großen Stichprobengröße unvermeidlich. Welche anderen überraschenden sind noch zu entdecken? Und was werden wir über diesen seltsamen Kosmos erfahren, in dem wir leben, wenn wir sie finden?
